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                                 直流濺射，直流磁控濺射，射頻磁控濺射的區(qū)別 

                                                                              編寫人：孫琴琴

1、濺射源不同： 依據(jù)濺射源的不同，磁控濺射還有直流和射頻之分。兩者主要區(qū)別就在氣體放電方 式的不同。 直流磁控濺射利用的是直流輝光放電，初始電子加速碰撞 Ar 形成氬離子和另一個(gè) 電子(α過程)，而氬離子在電場作用下加速碰撞陰極(靶材)也會(huì)形成二次電子發(fā)射(γ過 程)，當(dāng)放電達(dá)到穩(wěn)定后進(jìn)入輝光放電階段。 射頻磁控濺射利用的是射頻放電，帶電粒子在電極間往復(fù)震蕩并相互碰撞電離，電 極無需與等離子體接觸也能維持放電。

2、磁控濺射特點(diǎn)： 直流濺射又稱為陰極濺射或二極濺射。直流濺射過程中，濺射氣壓是一個(gè)重要的參 數(shù)，對濺射速率以及薄膜的質(zhì)量都有很大的影響。在氣壓低于 1Pa 時(shí)，不容易維持自持 放電。這是由于在較低的氣壓條件下，電子的自由程較長，電子在陽極上消失的幾率較 大，通過碰撞過程引起氣體分子電離的幾率較低。并且離子在陽極上濺射的同時(shí)發(fā)射出 二次電子的幾率又由于氣壓較低而相對較小。 隨著氣體壓力的升高，電子的平均自由程減小，原子的電離幾率增加，濺射電流增 加，濺射速率提高。 但當(dāng)氣體壓力過高時(shí)，濺射出來的靶材原子在飛向襯底的過程中將會(huì)受到過多的散 射，部分濺射原子甚至?xí)簧⑸渲涟胁谋砻娉练e下來，因而其沉積在襯底上的幾率反而 下降。磁控濺射的特點(diǎn)是濺射電壓大大下降，濺射速率明顯提高，另外濺射氣壓可以較低， 通常在 0.5Pa。磁控濺射是在二極直流濺射的基礎(chǔ)上，在靶表面附近增加一個(gè)磁場。電 子由于受電場和磁場的作用，做螺旋運(yùn)動(dòng)，大大提高了電子的壽命，增加了電離產(chǎn)額， 從而放電區(qū)的電離度提高，即離子和電子的密度增加。放電區(qū)集中在靶表面，放電區(qū)中 的離子密度高，所以入射到靶表面的離子密度大大提高，因而濺射產(chǎn)額大大增加。 

3、對靶材的選擇不同： 直流濺射需要靶材具有良好的導(dǎo)電性，對于非金屬靶材，需要極高的電壓，不容易 實(shí)現(xiàn)，因此射頻濺射方法出現(xiàn)：將一負(fù)電位加在置于絕緣板背面的導(dǎo)體上，在輝光放電 的等離子體中，當(dāng)正離子向?qū)w板加速飛行時(shí)，轟擊絕緣板使其濺射。這種濺射只能維持 10-7 秒的時(shí)間，此后在絕緣板上積累的正電荷形成的正電位抵消了導(dǎo)體板上的負(fù)電 位，因此停止了高能正離子對絕緣板的轟擊。此時(shí)，如果倒轉(zhuǎn)電源極性，電子就會(huì)轟擊 絕緣板，并在 10-9 秒的時(shí)間內(nèi)中和掉絕緣板上的正電荷，使其電位為零。這時(shí)，再倒 裝電源極性，又能產(chǎn)生 10-7 秒時(shí)間的濺射。實(shí)際濺射工藝的濺射時(shí)間至少需要 100 秒， 因此必須使電源極性倒轉(zhuǎn)率 f≥107 次/秒。該頻率的極性轉(zhuǎn)換可利用射頻發(fā)生器完成，濺 射法使用的高頻電源的頻率已屬于射頻的范圍，其頻率區(qū)間一般為 5 ~ 30MHz。國際上 通常采用的射頻頻率多為美國聯(lián)邦通訊委員會(huì)（FCC）建議的 13.56 MHz。

4、濺射條件不同： 直流濺射典型的濺射條件為，濺射氣壓 8－14Pa，濺射靶電壓 3000V，靶電流密度 0.5mA/cm2，薄膜沉積速度低于 0.1mm/min。 磁控濺射方法典型的工作條件為：濺射氣壓 0.5Pa，靶電壓 600V，靶電流密度 20mA/cm2，薄膜沉積速率 2mm/min。 射頻濺射典型的數(shù)值為 1.0Pa 和 1000V，靶電流密度約 1.0mA/cm2，薄膜的沉積速 率約為 0.5mm/min。 三者對比：二級(jí)濺射已經(jīng)很少用了，磁控濺射應(yīng)用非常廣泛，而對于陶瓷靶材等非 金屬靶材，一般采用射頻濺射。